三大光纤激光相干合成技术团队工物院四路相干合成获突破

2013-09-05 00:12

　　1、向中红外波段发展

　　截止目前，光纤激光相干合成的研究绝大多数集中于1μm和1.55μm等近红外波段。近年来，在激光雷达、探测、遥感、光电对抗等方面有广泛应用前景的中红外光纤激光由于其特有的稳定性和高效率逐渐成为激光技术领域的研究热点。2009年11月，加拿大科学家DominicFaucher等报道了输出功率达5.2W的2.94μm全光纤中红外激光器，同年悉尼大学S.D.Jackson等也报道了掺铒光纤实现4.6W中红外激光输出的实验结果。鉴于中红外激光的广泛应用前景，美国国防部高级研究计划局于2010年2月发布了中红外激光相干合成的研究项目，计划通过3个实施阶段，获得百瓦量级3～5μm高功率中红外激光。2010年4月，法国G.Bloom等利用迈氏腔结构成功实现了2路量子级联激光器的相干合成，激光中心波长为4.5μm，合成效率高达85%。利用现有光纤激光相干合成的成熟技术，实现中红外光纤激光相干合成也绝非难事。

　　光纤激光的另一个热门领域是2μm波段的掺铥光纤激光。近年来，随着790nm波段半导体激光技术和大模场掺铥光纤工艺的成熟，掺铥光纤激光的输出功率以惊人的速度迅速提高。在2010年的PhotonicsWest会议上，美国Qpeak公司的T.Ehrenreich等报道了输出功率大于1kW的掺铥光纤激光器。由于2μm波段的人眼安全特性以及比传统掺镱光纤低近一个量级的非线性效应阈值的优势，2μm激光的相干合成也有可能成为高能光纤激光的有效实现方式。最近本课题组利用相互注入锁定的方式实现了两路掺铥光纤激光的相干合成，实验系统结构如图10所示。

　　掺铥光纤抽运源为自行研制的1580nm掺铒光纤激光。光纤激光谐振腔由一对中心波长1948.8nm的光纤光栅组成，反射率分别为99%和10%。两路光纤激光经由两只1×2单模耦合器实现相互注入锁定。在两只耦合器的输出端测量激光光谱，结果如图11所示。两束激光经准直器发射至自由空间，利用透镜聚焦模拟远场效果，红外相机(Microviewer7290A)放置在焦平面上观察相干合成的效果。

　　在实验中，当两个激光器同时开启，两只1×2耦合器中间断开，没有能量相互注入时，远场光斑是两个激光器光强的简单叠加，如图12(a)所示。而将两只1×2耦合器熔接实现能量相互注入时，由于光纤激光器中的光场振荡互相牵制，激光器实现了相干合成，远场光斑是具有高相干度的干涉条纹，如图12(b)所示，经计算条纹对比度达到了93%，获得了较好的相干合成效果。

图12 掺铥光纤激光相干合成实验结果。（a）两个激光器独立运行时远场光斑；（b）相互注入远场光斑